[發(fā)明專利]多次反射超快高精度干涉儀及面形測(cè)量方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202310065889.0
• 申請(qǐng)日: 2023-01-14
• 公開（公告）號(hào): CN116202442A
• 公開（公告）日: 2023-06-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬臻
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所
• 主分類號(hào): G01B11/24
• 分類號(hào): G01B11/24;G01B9/02018;G01B9/02
• 代理公司: 西安恒泰知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61216
• 代理人: 王芳

本發(fā)明公開了一種多次反射超快高精度干涉儀及面形測(cè)量方法，干涉儀包括短脈沖激光源、光能量調(diào)整裝置、線偏振片、1/2波片、偏振分光棱鏡、第一1/4偏振波片、第二1/4偏振波片、第一參考標(biāo)準(zhǔn)鏡、第二參考標(biāo)準(zhǔn)鏡、標(biāo)準(zhǔn)鏡、偏振器件、分幅相機(jī)和控制器，分幅相機(jī)、短脈沖激光器均連接至控制器，短脈沖激光源發(fā)出的短脈沖激光從光源射出后依次經(jīng)光能量調(diào)整裝置、線偏振片和1/2波片后進(jìn)入偏振分光棱鏡，分解成兩束光進(jìn)入測(cè)量支路和參考支路。本發(fā)明通過(guò)使用短脈沖激光在干涉等光程腔體中多次反射振蕩的方法增加檢測(cè)靈敏度，并采用了延時(shí)同步快門的分幅相機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)多次反射干涉脈沖信號(hào)的時(shí)間選通，從而實(shí)現(xiàn)皮米量級(jí)的光學(xué)鏡面面形檢測(cè)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于干涉儀技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種多次反射超快高精度干涉儀及面形測(cè)量方法。

背景技術(shù)

超高精度的光學(xué)鏡面檢測(cè)設(shè)備可用于制造極紫外(EUV)光刻機(jī)超高精度物鏡、高精度軟硬X射線同步輻射光學(xué)元件。現(xiàn)階段的解決方案有可將光波段菲索型干涉儀、點(diǎn)衍射干涉、夏克哈特曼傳感器等等手段。但是其檢測(cè)精度受限于光電噪聲、相干噪聲、空氣擾動(dòng)、震動(dòng)干擾等，即使在環(huán)境條件極其嚴(yán)苛的條件下其檢測(cè)重復(fù)性僅能達(dá)到亞納米量級(jí)。當(dāng)今最高精度商業(yè)干涉儀其檢測(cè)精度僅達(dá)到RMS0.1nm精度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于，提供一種多次反射超快高精度干涉儀及面形測(cè)量方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的檢測(cè)精度較低、相干噪聲干擾、機(jī)械振動(dòng)干擾的技術(shù)問(wèn)題。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案予以解決：

一方面，本發(fā)明提供了一種多次反射超快高精度干涉儀，包括短脈沖激光源、光能量調(diào)整裝置、線偏振片、1/2波片、偏振分光棱鏡、第一1/4偏振波片、第二1/4偏振波片、第一參考標(biāo)準(zhǔn)鏡、第二參考標(biāo)準(zhǔn)鏡、標(biāo)準(zhǔn)鏡、偏振器件、分幅相機(jī)和控制器，所述分幅相機(jī)、短脈沖激光器均連接至控制器，其中：

所述短脈沖激光源發(fā)出的短脈沖激光從光源射出后依次經(jīng)光能量調(diào)整裝置、線偏振片和1/2波片后進(jìn)入偏振分光棱鏡，分解成為偏振方向分別與偏振分光棱鏡主截面平行、垂直的兩束光，平行于偏振分光棱鏡主截面的光束進(jìn)入測(cè)量支路，垂直于偏振分光棱鏡主截面的光束進(jìn)入?yún)⒖贾罚?/p>

進(jìn)入所述測(cè)量支路中的光波經(jīng)第一1/4偏振波片后成為圓偏振光，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)鏡后進(jìn)入由標(biāo)準(zhǔn)鏡和被測(cè)反射鏡構(gòu)成的振蕩光腔，光波在振蕩光腔中多次反射，每次從被測(cè)反射鏡返回通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)鏡形成一個(gè)被測(cè)回波信號(hào)，從而得到一系列被測(cè)回波信號(hào)；被測(cè)回波信號(hào)經(jīng)第一1/4偏振波片變?yōu)榫€偏振光，其偏振方向與光束第一次經(jīng)過(guò)第一1/4偏振波片時(shí)相比轉(zhuǎn)動(dòng)90度，該線偏振光進(jìn)入偏振分光棱鏡被反射；

進(jìn)入所述參考支路的光波經(jīng)第二1/4偏振波片后成為圓偏振光，通過(guò)第一參考標(biāo)準(zhǔn)鏡后進(jìn)入由第一參考標(biāo)準(zhǔn)鏡和第二參考標(biāo)準(zhǔn)鏡構(gòu)成的振蕩光腔，光波在振蕩光腔中多次反射，每次在第二標(biāo)準(zhǔn)鏡表面的反射分別形成一個(gè)參考光脈沖信號(hào)，從而得到一系列參考光脈沖信號(hào)；參考光脈沖信號(hào)經(jīng)第二1/4偏振波片變?yōu)榫€偏振光，其偏振方向與光束第一次經(jīng)過(guò)第二1/4偏振波片時(shí)相比轉(zhuǎn)動(dòng)90度，透過(guò)偏振分光棱鏡；

所述第一參考標(biāo)準(zhǔn)鏡標(biāo)準(zhǔn)表面到偏振分光棱鏡PBS分光面的光程與標(biāo)準(zhǔn)鏡的標(biāo)準(zhǔn)表面到PBS分光面的光程相等；所述第一參考標(biāo)準(zhǔn)鏡和第二參考標(biāo)準(zhǔn)鏡構(gòu)成的光腔與標(biāo)準(zhǔn)鏡和被測(cè)反射鏡構(gòu)成光腔的光程相等或?yàn)檎麛?shù)倍比；

同一時(shí)刻的被測(cè)回波脈沖信號(hào)與參考光脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)偏振分光棱鏡后合束，再經(jīng)過(guò)由多個(gè)偏振化方向不同偏振片組成的偏振器件后形成多幅干涉圖像被分幅相機(jī)獲取。

進(jìn)一步的，所述光能量調(diào)整裝置包括至少兩個(gè)衰減片，其中一個(gè)衰減片透過(guò)率可變。

進(jìn)一步的，在所述短脈沖激光源與光能量調(diào)整裝置之間設(shè)有第一準(zhǔn)直鏡。

進(jìn)一步的，所述第一準(zhǔn)直鏡包括兩個(gè)光學(xué)透鏡及它們之間的一個(gè)小孔。

進(jìn)一步的，在偏振分光棱鏡與偏振器件之間設(shè)有第二準(zhǔn)直鏡。